北辛窑煤矿大倾角下山掘进巷道
出矸工艺的研究与应用
一、立项原因及背景
1、北辛窑14采区回风大巷Ⅰ段，位于2煤南翼带式输送机大巷东侧，10#联络巷南侧开口，巷道设计长度约206.4m。按-25°下山掘进154m。巷道2020年4月下旬开始掘进，2020年9月竣工。由于巷道倾角25°，为急倾斜巷道，对于施工这样大坡度、长距离下山巷道，能快速、有效的将矸石运出成为一个摆在我们面前的一道难题。
2、由于普通耙岩机（耙斗式装岩机）结构简单、故障率低、使用和维护的费用较低等优点，在中小煤矿普遍采用耙岩机完成工作面爆破后运矸、装矸的任务，并且创造了良好的经济效益。但是，耙岩机使用的钢丝绳和工作面尾轮等接触部位易产生火花，尤其当钢丝绳超期使用时更加明显，给掘进工作面带来极大的安全隐患，普通耙岩机已不适应现代快速施工工艺的需耍，尤其在倾斜巷道下山掘进的进度、安全、效益等方血表现最为突岀。如何运用一种技术先进、符合安全生产、对掘进作面有较强适应性和故障率相对较低的设备来替代耙岩机，成为摆在我们面前比较棘手的一个难题。
3、由于巷道为急倾斜下山巷道，平均坡度为25°，下山掘进154m，施工这样大倾角巷道第一个制约因素便是运输问题。如果在巷道稳设临时皮带，除了安装及维护成本费用高，最重要因素为：①矸石向下滚落伤人②矸石滚动下滑飞出皮带。③皮带自动下滑、停不了车等问题。所以大倾角下山巷道快速、安全运输问题，是一个必须解决的问题。
二、研究内容及创新点
（一）研究内容
为解决倾斜巷道施工中出矸的问题，加快巷道掘逬，14采区回风巷大胆采用ZWY-120 履带挖掘式装载机以及KFV1.8–6型翻斗式矿车联合使用，探索使用全新施工工艺，解决了快速装岩及安全有效出矸的难题。ZWY-120履带装载机靠履带推进铲取岩石，并通过铲斗将岩石扒进自身的刮板输送机，输送机从尾部将岩石卸入KFV1.8–6型翻斗式矿车，翻斗式矿车预停在提前铺好的铁轨上，等待装满矸石，给巷口绞车司机发出开车信号，40KW绞车司机接到开车信号，将翻斗式矿车快速提升上来，停好车，打好眼，将矸石卸载到40T铁溜子上，转运至地面。
1、ZWY-120/55L型煤矿用挖掘式装载机（履带式大坡度用）是由机械手与输送机相接合，扒渣和输送装车功能合二为一，采用电动全液压控制系统和生产装置，具有安全、能耗小、效率高的特点。挖掘式装载机是矿山及小型遂道必不可少的先进采矿装备，是人工和其它机械的替代产品。该机靠履带推进铲取岩石，并通过铲斗将岩石扒进自身的刮板输送机，输送机从尾部将岩石卸入KFV1.1–6型翻斗式矿车、皮带或其它转载设备上，同时也可利用反铲挖掘臂扒取远处的岩石，也可以用铲斗来清理工作面，适用于断面为3×3米以上的大中型巷道，功率大、装车速度快；结构简单、紧凑；人性化设计、便于维修；
2、KFV1.1-6型翻斗式矿车用于装卸巷道的矸石，须用40KW绞车牵引。其基本组成为车箱、车架、连接器和行走机构。连接器是连接机车和矿车的部件。由插销连接环合回转链组成。行走机构由4个车轮和2 根轴组成的两个轮对。车箱支承在车架的翻转轨上，车箱在翻转轨上翻转卸载。结构简单，坚固耐用、使用方便、只需人力打开止动板就能很容易地卸下物料。轮轴采用了滚柱轴承，有效地减少了运行阻力，用人力即可推动。
3、出矸工艺介绍
①本巷道采用钻眼爆破方法，分次起爆-临时支护-锚网锚喷支护。
②支护完，用ZWY-120 履带挖掘式装载机推进铲取岩石，并通过铲斗将矸石扒进自身的刮板输送机，输送机尾部将矸石卸入KFV1.1–6型翻斗式矿车。
③等翻斗式矿车装满矸石，装载机停止转动，装载机位置信号工与绞车司机互发信号联系好后，绞车司机开动75KW 绞车，开始快速提升翻斗式矿车至巷口。
④当翻斗式矿车到达巷口卸车点 2 米左右位置时，减速慢行，绞车司注意及时停车，指示工人上好阻车器并打好眼。
⑤工人检查矿车安全无误后，打开翻斗矿车限位器，推动翻斗使矸石翻入刮板输送机，将矸石卸到小溜子上。使用信号联系 30T 刮板输送机司机开车，再经皮带转运至地面。翻斗自动复位后，闭合限位器。然后重新将空车下放至装载机附近，如此反复工作。
（二）创新点
1、该施工工艺解决了大倾角下山巷到出矸难的问题，通过使用新设备，调整工序，探索使用全新施工工艺，很好的解决了快速装岩及安全有效出矸的难题。能减少工序，降低人工劳动强度，大大降低了作业风险，同时也增加了倾斜巷道的循环率，提高了安全效益和生产效益
2、使用ZWY-120/55L型矿用履带式装载机，替代了普掘巷道耙岩机出矸的传统作业方式，解决了普通耙岩机移机跑车、耙斗机钢丝绳和耙斗磨损较快等问题，实现连续装载，节省作业工序，极大地降低了作业人员的劳动强度，提高了工作效率，为巷道的快速掘进提供了时间上的保障。装载机一次性将每茬炮矸子全部出净，且平底质量较高，为装载机后面的轨道的铺设，永久风水管路的安装，水沟及台阶的施工提供了有利的条件，出矸后工作面干净整洁，标准化程度得到显著提高。
3、使用KFV1.8–6型翻斗式矿车解决了大倾角巷道皮带运输过程中的问题，能大大节省稳设皮带的成本及费用，解决了下山巷道皮带矸石向下滚落伤人的问题。
三、应用情况及经济社会效益
1、经济效益
①巷道每循环（2米）爆破实体岩石约39m?，翻斗式矿车可装35斗，以巷道掘进至100米处时计算，每出一翻斗矸石所需7-8分钟，因此每循环矸石需要花费4.2小时。对比传统耙岩机出矸方式，每循环进度至少节省4个小时（包括倒矸时间），施工进度由每天按一个循环增加至三天两个循环，平均每天多掘进1米进度，因此该巷道比计划提前20天完成施工，按生产一天费用1万元计算，20天可节约20余万元。
2、社会效益:
①挖掘式装载机能一次性将每茬炮矸子全部出净，且平底质量较高，为装载机后面的轨道的铺设，永久风水管路的安装，水沟及台阶的施工提供了有利的条件，出矸后工作面干净整洁，工作面标准化程度得到显著提高。
②ZWY-120 履带挖掘式装载机以及KFV1.8–6型翻斗式矿车联合使用的应用，很大的节省了人力、降低了劳动强度。挖掘式装载机是新一代履带行走的无轨装载设备，具有挖掘力大、机动性好、全断面作业、安全性好、一机多用等特点，可以机械集矸及运输矸石，迎头仅需三人就可快速完成出矸，即挖掘装载机司机、指挥、转载皮带机及电缆看护各一人。因无需人力挪移导向轮及拽绳，故劳动强度大大降低。极大地降低了作业人员的劳动强度。使用KFV1.8–6型翻斗式矿车解决了大倾角巷道皮带运输过程中的问题，不仅能大大节省稳设皮带的成本及费用，还解决了下山巷道皮带矸石向下滚落伤人的问题。
四、总体性能指标
实际生产中，该出矸工艺很好的解决了大倾角下山巷道出矸难的问题，新设备的应用完全替代了耙岩机出矸的传统作业方式，大大加快了出矸速度，提高了工作效率。由于装矸及时，避免工作面矸石堆积，有利于轮尺看线及下部炮眼的钻进，提高光爆效果，保证工程质量，排除安全隐患，为生产准备的正常衔接提供了有力保障，同时，创造社会和安全效益明显。
五、存在问题及推广前景
在14采区回风巷I段的施工过程中，该工艺的研究与的应用取得了良好的效果。同时，在掘进距离不超过150米的巷道，该施工工艺能实现快速提升，比起耙岩机出矸及皮带运输能很大的节省时间，降低成本，但在超过150米的巷道掘进中，出矸速度较慢，影响工程施工进度，还需进一步改善及提高。
